This study employed geographic information systems (GIS) technology to evaluate the vulnerability of groundwater to pesticide pollution. The study area included three provinces (namely, Kanchana Buri, Ratcha Buri, and Suphan Buri) located in the western part of central Thailand. Factors used for this purpose were soil texture, percent slope, primary land use, well depth, and monthly variance of rainfall. These factors were reclassified to a common scale showing potential to cause groundwater contamination by pesticides. This scale ranged from 5 to 1 which means high to low pollution potential. Also, each factor was assigned a weight indicating its influence on the movement of pesticides to groundwater. Well depth, the most important factor in this study, had the highest weight of 0.60 while each of the remaining factors had an equal weight of 0.10. These factors were superimposed by a method called “arithmetic overlay” to yield a composite vulnerability map of the study area. Maps showing relative vulnerability of groundwater to contamination by pesticides were produced. Each of them represented the degree of susceptibility of groundwater to be polluted by the following pesticides: 2,4-D, atrazine, carbofuran, dicofol, endosulfan, dieldrin & aldrin, endrin, heptachlor & heptachlor epoxide, total BHC, and total DDT. These maps were compared to groundwater quality data derived from actual observations. However, only the vulnerability maps of atrazine, endosulfan, total BHC, and heptachlor & heptachlor epoxide showed the best approximation to actual data. It was found that about 7 to 8%, 83 to 88% and 4.9 to 8.7% of the study area were highly, moderately, and lowly susceptible to pesticide pollution in groundwater, respectively. In this study a vulnerability model was developed, which is expressed as follow: V = 0.60CW + 0.10CS + 0.10CR + 0.10CL + 0.10CSL. Its function is to calculate a vulnerability score for a certain area. The factor “V” in the model represents the vulnerability score of a certain area, whereas CW, CS, CR, CL, and CSL represent the values or classes assigned to well depth, soil texture, monthly variance of rainfall, primary land use, and percent slope in that area.

Philosophiae Doctor - PhD / Pesticides are designed to control or eliminate pests such as insects, rodents, weeds, bacteria, and fungi. They are used at a global scale for agricultural produce. Although pesticides playa significant role in increasing food production and eliminating diseases, exposure to pesticides may be harmful to non-target organisms. As a result concern over safety and resistance to pesticides has increased and there is pressure to reduce use and search for more environmentally and toxicologically safe and efficacious pesticides. Most pesticides currently in use are synthetic; therefore an alternative to synthetic pesticides is the use of naturally occurring products! botanicals with pesticidal properties. Two plants indigenous to South African with pesticidal properties were chosen for this study. Dicerothamnus rhinocerotis (D. rhinocerotis) and Galenia africana (G. africana) have potential antifungal properties thus, may have potential use on agricultural produce as fungicides. Galenia africana and D. rhinocerotis extracts inhibit growth of B. cinerea (a fungal pathogen) at concentrations greater than 31.25 mg/ml and 125mg/ml respectively. A major consideration in approving pesticides for use is whether they pose an unreasonable risk to humans and to the environment. Toxicity studies are required to determine the safety of the plant extracts. The purpose of this study was to evaluate potential toxicity of ethanol extracts of D. rhinocerotis and G. africana, which is important when designing practices to reduce or eliminate excess exposure to them. Natural plant products with pesticidal properties could provide an alternative to synthetic pesticides and may thus effectively reduce resistance levels. This first objective of this study was to assess the cytotoxicity of D. rhinocerotis and G. africana on human cell cultures. Human whole blood and the human breast adenocarcinoma cell line (MCF-7) were treated with varying concentrations of the plant extracts and cytotoxicity determined. Cytotoxicity was measured using several biomarkers. Inhibiotory concentration for a 50% effect (ICso) and no observable effect level (NOEL) values were obtained for D. rhinocerotis and G. africana. The results showed that extracts of D. rhinocerotis and G. africana had cytotoxic effects on the cell cultures. The second objective of this study was to determine the ecotoxicity of D. rhinocerotis and G. africana. A series of acute toxicity tests, with effective concentration for a 50% effect (ECso) and lethal concentration for a 50% effect (LCso) as biomarkers, were conducted to estimate the potential environmental effect of the two plants. The tests were carried out using Vibrio fischeri, Selenastrum capricornutum, Daphnia pulex, and Poecilia reticulata as bioindicators. Results obtained showed that G. africana had higher toxicity units than D. rhinocerotis, thus showing that G. africana is more toxic to the aquatic species used as compared to D. rhinocerotis. The third objective of this study was to investigate the immunomodulatory effects of the two plant extracts. This was achieved by using mouse spleen cell cultures. Exposure of pesticides to the immune system may result in alteration of the normal immune functions. The cytokines IFN-y and IL-4 were used as biomarkers to determine the T-cell activity of the immune system when exposed to the two botanical products. The results obtained showed that both D. rhinocerotis and G. africana decrease of the cytokines interferon gamma (IFN-y) and interleukin-4 (IL-4), thus may have immunotoxic effects. The fourth objective was to investigate the hepatotoxicity of the two plant extracts. Injury to the liver was investigated using a range of clinical biochemical tests that monitor liver enzyme activity and metabolic activity. Primary liver cell cultures were exposed to the plant products in question, after which the biochemical tests were carried out. The enzymes that were monitored were alanine aminotrasferase (ALT), aspartate aminotransferase (AST), alkaline phosphatase (ALP) and lactate dehydrogenase (LDH). The results obtained showed that both of D. rhinocerotis and G. africana may have effects on the liver, as shown by the increased levels of enzymes released from cells upon exposure to plant extracts. The final objective of this study was to investigate the effect of the two plants on the male reproductive system. Injury to the male reproductive system was investigated using testicular cell cultures. Primary cell cultures were stimulated with luteinizing-hormone (LH) and exposed to the plant extracts. LH results in the production of testosterone, thus testosterone was used as a biomarker for assessing reproductive toxicity. The results obtained showed that both of D. rhinocerotis and G. africana have effects on the male reproductive system, as shown by the decreased testosterone secretion. Botanicals provide a simple, inexpensive and environmentally friendly (non-pollution and lesser toxicological concerns) alternative for pest control. However, motivation for the commercial use of botanicals as pesticides requires validating the efficacy of the plant as a pesticide, and also assessing its effects on human health and the environment. An important component of this evaluation involves toxicity studies, which enables cautions of dangerous practices and toxic effects of the plants to be issued.

Ces travaux ont consisté à développer un procédé de traitement biologique des eaux contaminées en produits phytosanitaires (PF) issues du lavage des matériels de pulvérisation de PF. Ce procédé s’appuie surl’inoculation d’une culture bactérienne mixte sélectionnée et d’un matériau sorbant constitué de rafles de maïs broyées.Tout d’abord, un mélange modèle de PF,constitué de 6 herbicides, 3 fongicides et 1 insecticide, a été créé. Après avoir mis au point la production de l’inoculum en présence de ce mélange et étudié les propriétés sorbantes des rafles de maïs, les paramètres de traitement ont été définis à petite échelle de laboratoire et validés en réacteur.Finalement, le procédé développé est un traitement en réacteur batch séquentiel de 28 jours qui permet de réduire de plus de 50 % la masse initiale des PF du mélange modèle. Malgré la réduction des teneurs en PF, la phytotoxicité due aux résidus d’herbicides des effluents traités est encore trop élévée et ne permet pas de valider l’épandage sur un lit planté de roseaux comme post-traitement de la fraction liquide. / Aim of this work was to treat effluentsobtained from rinsing pesticide (PF) spraying equipments by developing biological treatment process into bioreactor with selected mixed bacterial culture and adsorption support consisting of crushed corn cobs. First, a model PF mixture was designed to represent agriculturaleffluents at watershed scale. This mixture was composed by 6 herbicides, 3 fungicides and 1 insecticide. Then, inoculum production under PF pressure was developed and sorption properties of corn cobswere investigated. Process parameters were defined at small-scale laboratory and validated into bioreactors. Thus, developed processwas a28 days sequential batch reactortreatment, which reduced more than 50% of molecules weight of model mixture.Despite of this process significantely reduced treated effluents PF contents, remaining phytotoxicity due to herbicide residues failed validation of their post-treatment on a bed planted with reeds.

In the current studies the effects of administration of 0.1 to 1000 ppb of aldicarb, a carbamate pesticide, on the immune system of C3H mice were investigated. It was observed that aldicarb caused significant immunomodulation of macrophage functions analyzed in a variety of different systems. Initially, it was found that aldicarb decreased the stimulatory functions of the macrophages as studied by decreased capacity to stimulate normal autoreactive TF cells in the SMLR. This decreased stimulatory activity of the macrophages was found not to be due decrease in the expression of class II MHC-antigens (la molecules) nor was it due to the generation of any suppressor macrophages acting to down-regulate the immune response. Further investigations revealed that the decreased stimulatory activity of the macrophages correlated with decreased IL-1 production/signal to the T cells by the macrophages. It was also evident that aldicarb did not affect the T cell functions directly. Thus, T cells from aldicarb-treated mice when studied in the SMLR and AlloMLR or when stimulated with ConA or anti-CD3 mAbs, in the presence of normal macrophages, demonstrated normal responses. In contrast, normal T cells exhibited decreased responsiveness in the presence of aldicarb-treated macrophages. The fact that aldicarb did not affect the T cell functions directly was also evident by the fact that aidicarb-treated T cells could respond normally to stimulation with PMA + Ca²⁺ ionophore, a response which is independent of accessory cells. The aldicarb-treated macrophages also exhibited decreased capacity to process and present the antigen, conalbumin, to the T helper cell clone D10.G4. When the mechanism of aldicarb induced defect was investigated, it was observed that aldicarb-treated macrophages produced decreased amounts of IL-1 which was also confirmed by complete reconstitution of the response following addition of exogenous IL-1. With this in mind, macrophage functions in a number of other systems were examined and demonstrated that aldicarb-treatment also suppressed the macrophage-mediated cytotoxicity of tumor cells, but failed to inhibit the NK cell-mediated cytotoxicity of tumor cells. Together, these studies suggest that aldicarb selectively affects the macrophage but not NK or T ceil functions directly. However, since macrophages play an important role as accessory cells in T cell-mediated responses, it is likely that aldicarb indirectly will also affect the T cell responses. / Master of Science

Thesis (PhD (Botany and Zoology))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: The use of organophosphate pesticides is still an integral part of commercial farming activities and these substances have been implicated as a major source of environmental contamination in South Africa. Evidence exists that many non target animals in and around agricultural areas are at risk of being affected due to the mobile nature of pesticides and the intermittent nature of pesticide application. The extent to which non-target animals are affected by exposure to two organophosphates (azinphos-methyl and chlorpyrifos) was investigated through monitoring selected biomarker responses and life cycle effects under laboratory conditions in two selected test species. A representative species from both the aquatic and terrestrial environment was used as these two compartments of the environment are inevitably linked due to the mobility of pesticides from the area of application to surrounding areas. The earthworm Eisenia fetida was used as test organism in the terrestrial environment while the fish Oreochromis mossambicus served as representative of the aquatic environment. Juvenile life stages of both species were subjected to standard acute toxicity tests which showed that for both species, juvenile life stages were more sensitive to both pesticides than adults. It was also illustrated that azinphos-methyl is more toxic than chlorpyrifos to both species. Both test species were also subjected to an intermittent exposure regime in order to assess the effects of repeated pesticide application on biomarker, life-cycle and behaviour responses. The results indicated that for similar exposure regimes, azinphos-methyl was more toxic to E. fetida than chlorpyrifos and detrimentally affected all endpoints investigated. The present study suggests that exposure concentration may have a more pronounced effect in inducing a toxic response than exposure interval, irrespective of the pesticide used. In addition to this, E. fetida was unable to avoid the presence of these pesticides in soil, even at concentrations as high as 50% of the LC50 value, indicating that the presence of pesticides in the soil pose a realistic threat to earthworms and other soil dwelling organisms. Biomarker responses, morphological effects and feeding behaviour was assessed for O. mossambicus and similar to the terrestrial toxicity experiments, there was evidence to suggest that in the case of an intermittent exposure scenario, azinphos-methyl was more hazardous than chlorpyrifos to this species. For the majority of endpoints that were investigated, it appeared that exposure interval played a more important role in inducing an effect than exposure concentration. At a shorter exposure interval, the majority of endpoints showed no difference between higher and lower exposure concentrations, while at a longer exposure interval the effects of exposure concentration became evident. In addition, feeding behaviour was affected by pesticide exposure in a dose-dependent manner. The present study yielded important results that improve the understanding of biological impacts of pesticide pollution on the environment. This can aid in optimising farming practices such as pesticide application not only in terms of eradicating the pest organisms, but also in terms of mitigating the environmental effects associated with large-scale pesticide use, thereby ensuring sustained biodiversity in these areas. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die gebruik van organofosfaat plaagdoders is ‘n integrale deel van kommersiële landbou aktiwiteite maar hierdie middels is ook ‘n prominente bron van omgewingsbesoedeling in Suid-Afrika. Daar is bewys dat verskeie nie-teiken diere in en om landbouareas geaffekteer word weens die nie-statiese aard van plaagdoders in die omgewing, sowel as die herhalende aard van plaagdodertoediening. Die graad waartoe nie-teiken diere geaffekteer word deur die plaagdoders azinphos-metiel en chlorpyrifos is ondersoek deur die monitering van verskeie biomerkerresponse en lewenssiklus-effekte in geselekteerde toetsspesies binne ‘n beheerde laboratoriumomgewing. ‘n Verteenwoordigende spesie van beide die akwatiese en die terrestriële omgewing is gebruik aangesien hierdie twee dele van die omgewing onlosmaaklik verbind is weens die beweging van plaagdoders vanaf die area van toediening na omringende areas. Die erdwurm Eisenia fetida is gekies as toetsorganisme vir die terrestriële omgewing en die varswatervis Oreochromis mossambicus het gedien as verteenwoordigende spesie vir die akwatiese omgewing. Onvolwasse diere van beide spesies is onderwerp aan standaard akute toksisiteitstoetse en daar is gevind dat, vir beide spesies, onvolwasse diere meer sensitief vir die betrokke plaagdoders is as volwasse diere. Dit is ook gevind dat azinphosmetiel giftiger is as chlorpyrifos vir beide spesies. Beide toetsspesies is ook onderwerp aan ‘n chroniese blootstellingsregime om die effek van herhaalde plaagdodertoediening op biomerker-, lewenssiklus- en gedragsresponse te ondersoek. Die resultate van die herhaalde blootstelling het aangedui dat vir soortgelyke blootstellingsregimes, azinphos-metiel giftiger is as chlorpyrifos vir E. fetida en dat beide middels alle eindpunte wat ondersoek is, nadelig affekteer. Die huidige studie toon ook bewyse dat blootstellingskonsentrasie ‘n meer prominente effek as blootstellingsinterval kan hê in die teweegbringing van ‘n toksiese respons. Verder was E. fetida nie in staat om die teenwoordigheid van die plaagdoders in grond te vermy nie, self nie by konsentrasies so hoog as 50% van die LC50 waarde nie. Laasgenoemde resultaat dui dus aan dat die aanwesigheid van plaagdoders in die grondomgewing ‘n realisitese bedreiging inhou vir erdwurms en ander grondorganismes. Soortgelyk aan die terrestriële toksisiteitseksperimente, was daar getuienis vir die verhoogde toksisiteit van azinphos-metiel relatief tot chlorpyrifos vir O. mossambicus. Dit blyk dat blootstellingsinterval ‘n meer prominente rol as blootstellingskonsentrasie speel in die teweegbringing van effekte vir die meerderheid van die eindpunte wat ondersoek is. In die geval van ‘n korter blootstellingsinterval het die meerderheid van eindpunte wat ondersoek is geen verskille getoon tussen ‘n hoër en ‘n laer konsentrasie nie, terwyl met ‘n langer blootstellingsinterval daar ‘n aanduiding was dat blootstellingskonsentrasie ‘n meer prominente rol gespeel het. Verder is gevind dat voedingsgedrag in O. mossambicus geaffekteer is op ‘n konsentrasie verwante manier. Die huidige studie toon resultate wat ‘n belangrike bydrae kan lewer tot die begrip van die biologiese impakte van organofosfaat plaagdoders op die omgewing. Die resultate kan gebruik word vir die optimisering van boerderypraktyke soos plaagdodertoediening, sodat laasgenoemde effektief is vir die beheer van pes-organismes, maar ook die impakte van grootskaalse plaagdodertoediening kan minimaliseer en sodoende die biodiversiteit binne hierdie areas sal beskerm.

L'utilisation des pesticides par les jardiniers amateurs s'est élevée à 3500 tonnes environ en 2008 pour les quinze millions de jardins privés que compte la France, ce qui représente une surface totale d'un million d'hectares. Dans le contexte d'une sensibilité sociale croissante aux problématiques sanitaires et environnementales, alors que la réduction des pesticides en agriculture est affichée comme un objectif politique du Grenelle de l'environnement et que l'Europe définit des politiques de contrôle des substances chimiques (REACH), une étude de l'usage des pesticides dans les pratiques de jardinage constitue un bon observatoire pour comprendre les représentations, les dispositions et les pratiques sociales liées à l'usage des pesticides dans les jardins privés, pour questionner l'écologisation annoncée des modes de vies, pour apprécier la capacité de la chaine de production-distribution commerciale à se saisir d'une telle problématique, et finalement pour évaluer la direction et l'impact des politiques publiques de prévention des risques sanitaires et environnementaux. Les résultats de la thèse s'appuient sur des enquêtes sociologiques menées auprès de jardiniers amateurs (par questionnaire (N=900) et par entretiens (N=24)), auprès de fabricants et de distributeurs de produits phytosanitaires et de la presse spécialisée jardin (N=17) en France. Un contrepoint à la situation française est apporté par une analyse du Code de gestion des pesticides appliqué depuis 2003 au Québec et qui constitue une régulation de type réglementaire qui interdit l'utilisation et la vente d'une partie des pesticides reconnus comme étant les plus dangereux pour la santé dans les municipalités et les jardins privés. La thèse met en évidence, dans le cas de la France, une forme de régulation composite des risques sanitaires et environnementaux liés aux usages des pesticides par les jardiniers amateurs, qui comporte trois principales dimensions. (1) Intimement articulée aux mécanismes de marché, cette forme de régulation impute l'essentiel de la responsabilité à l'utilisateur considéré en tant que consommateur à responsabiliser, alors que les autorités publiques considèrent les firmes de pesticides comme des opérateurs économiques dont les avantages compétitifs sont à valoriser, veillant donc à respecter la dynamique de l'offre et de la demande tout en se chargeant d'encadrer ce marché par l'homologation des produits. (2) Elle épouse les principes de la société singulariste où l'individu serait la référence centrale de la dynamique des sociétés contemporaines et le régulateur des problèmes collectifs par ses choix de consommation et ses prises de positions individuelles. (3) Elle s'opère dans un contexte où l'État a perdu sa centralité sous la double influence de l'européanisation et de la décentralisation et où les modes de régulations politiques sont caractérisés par des formes moins dirigistes de gouvernement pouvant être définies comme des " politiques sans politique ". La régulation composite des pesticides domestiques est porteuse d'un postulat implicite qui impute la responsabilité des risques aux usagers et qui, si elle laisse ouverte la voie à une potentielle réduction de l'usage des produits, tend à limiter leur exclusion et réduit les possibilités d'une transition vers un jardinage sans pesticides.

Environ 3500 tonnes de pesticides sont étendues chaque année sur les terres agricoles du Québec. L’utilisation de plusieurs de ces substances a été interdite, car les ingrédients actifs qui les composaient avaient des effets toxiques sur les humains et/ou l’environnement. Malheureusement, certains qui sont toujours en vente ont aussi des effets secondaires non désirables. En effet, ces molécules exogènes ont le potentiel de moduler l’activation de protéines régulatrices comme le récepteur aux dioxines (AhR). AhR active, entre autres, l’expression de gènes faisant partie de la famille du cytochrome P450 (CYP1A1 et CYP1B1) qui sont impliqués dans la détoxification. Or, dans certains cas, ces enzymes mènent à la production de molécules mutagènes en augmentant la toxicité des ingrédients actifs en les métabolisant. Le projet global dans lequel s’insère ce projet de maîtrise vise à déterminer les effets génomiques des pesticides environnementaux sur des organismes vivants en milieu naturel dans les environs de la région de l’Estrie. Les espèces choisies comme modèles d’étude sont des insectivores, car les pesticides s’accumulent dans les lipides et que les insectes en sont une excellente source. Les consommateurs d’insectes sont donc d’excellents marqueurs du niveau de contamination de leur environnement par les pesticides. Les deux espèces sélectionnées sont l’hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) et la grande musaraigne (Blarina brevicauda). De façon plus spécifique, le projet de maîtrise se divise en deux principaux objectifs. Le premier objectif est de valider que les pesticides présents dans l’environnement sont en concentration suffisante pour modifier la régulation génétique d’animaux en milieu naturel. Cette validation se fera en comparant le taux d’expression de CYP1A1 et CYP1B1 (suite de leur activation par AhR) chez des bêtes ayant été exposées (ou non) à des pesticides. Comme le génome des deux modèles d’étude n’est pas encore séquencé, le clonage partiel des gènes à étudier (AhR et CYP1) a été entamé de même que la conception d’amorces qui permettra de quantifier le niveau d’expression de ces gènes par des réactions en chaîne par polymérase en temps réel (qPCR). À ce jour, une partie de la séquence d’AhR, de CYP1B1 et de trois gènes contrôles ont été séquencés pour l’hirondelle, ce qui a permis de concevoir des amorces pour la quantification de l’expression d’AhR et de deux contrôles. Pour la musaraigne, ce sont les gènes AhR, potentiellement CYP1A1 et trois contrôles qui ont été séquencés partiellement et ce sont les gènes AhR et les contrôles pour lesquels des amorces sont prêtes à être utilisées pour la quantification par qPCR. Le deuxième objectif est d’observer les effets génétiques des pesticides de manière globale sur des organismes vivants. Un génome de référence est donc nécessaire pour identifier les régions qui vont être régulées (directement ou indirectement) par les polluants d’origine agricole. Pour la grande musaraigne, c’est le génome de la musaraigne commune (Sorex araneus) qui sera utilisé, car ces deux espèces sont très proches phylogénétiquement. Par contre, pour l’hirondelle bicolore, le séquençage, l’assemblage et l’annotation de son génome seront essentiels parce que les espèces d’oiseaux actuellement séquencées sont trop éloignées pour permettre l’identification des régions qui seront régulées différemment en présence de pesticides. Le séquençage a été fait et l’assemblage a permis de couvrir 55% du génome de l’hirondelle bicolore. Cependant, il est très fractionné avec un N50 de 1339 et un peu plus de 600 000 contigs. Quelques étapes restent à accomplir pour optimiser l’assemblage tel que l’élimination de la contamination (estimée à 5%). L’annotation pourra être faite lorsque l’étape précédente sera finie. Compte tenu de l’ampleur du projet, ce qui a été effectué dans le cadre de la maîtrise contribuera grandement à la bonne continuation de celui-ci. Le projet global permettra de mieux comprendre l’impact des pesticides sur des organismes sauvages.

Une littérature grandissante documente le rôle de contaminants environnementaux dans la physiopathologie de l'endométriose. L'émergence de plantes génétiquement modifiées au sein de notre alimentation coïncide avec l'incidence accrue de l'endométriose rapportée au cours de la dernière décennie. Cette étude cas-témoins visait d'abord à déterminer le niveau d'exposition des femmes aux herbicides associés aux plantes génétiquement modifiées les plus fréquemment utilisées (le glyphosate et le glufosinate d'ammonium), à leurs principaux métabolites respectifs [l'acide aminométhylphosphonique (AMPA) et l'acide 3-méthylphosphinicopropionique (3-MPPA)] et à la protéine insecticide Cry 1Ab. Ainsi, les concentrations de ces substances ont été déterminées dans le sang et le liquide péritonéal (LP) des femmes par chromatographie gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CGSM) et la méthode d'ELISA. Les concentrations de ces pesticides chez des femmes avec endométriose ont par la suite été comparées avec celles d'un groupe témoin. D'autre part, le rôle du stress oxydatif dans la physiopathologie de l'endométriose a été vérifié indirectement par la mesure du statut antioxydant total (SAT), dans le sang et le LP. Cette étude a permis de mettre en évidence la présence de certains pesticides associés aux plantes génétiquement modifiées dans le sang et le liquide péritonéal des femmes étudiées. La présence de glufosinate, 3-MPPA et la protéine Cry 1Ab a été observée et a atteint des niveaux sériques de l'ordre de 5.4, 59.1 et 0.16 reg/ml, respectivement. Les différences n'étaient toutefois pas statistiquement significatives entre les deux groupes étudiés (endométriose vs témoin). Le SAT du liquide péritonéal des femmes avec endométriose était diminué de façon significative par rapport aux témoins et corrélé négativement avec la présence du 3-MPPA. Cette observation démontre à nouveau le rôle du stress oxydatif dans la physiopathologie de l'endométriose et suggère que certains résidus de pesticides associés aux plantes génétiquement modifiées pourraient être responsables de réactions oxydatives. Bien qu'aucune toxicité à court terme des aliments génétiquement modifiés pour la santé humaine n'ait été démontrée à ce jour, certains xénobiotiques associés aux plantes génétiquement modifiées dont quelques résidus de pesticides et xénoprotéines pourraient être accumulés dans le corps humain. De plus amples investigations sont toutefois nécessaires afin de mieux analyser les niveaux d'exposition et de mesurer leurs effets à longs termes.

Avec l’ère industrielle sont venus les polluants environnementaux. Ils sont de plus en plus pointés du doigt pour une variété d’effets indésirables en particulier pour leur potentiel à affecter la santé humaine. Les pesticides font partie de ces polluants et leurs usages ne font que croître depuis une vingtaine d’années. Ces produits qui servent à améliorer la production agricole en éliminant les pestes qui ravagent les récoltes sont souvent peu étudiés à long terme avant d’être homologués. L’effet perturbateur au niveau cellulaire et les effets à long terme de ces pesticides sont peu connus. Pour ce projet de maîtrise, nous avons observé l’effet de deux pesticides, l’imidaclopride et l’acide 2-methyl-4-chlorophenoxyacetic (MCPA), sur les voies de signalisation du récepteur à la dioxine (AhR) et du récepteur aux androgènes (AR). L’imidaclopride est un insecticide de la famille des néonicotinoïdes, une classe de plus en plus utilisée. Ce pesticide est surtout connu pour être en lien avec le déclin des colonies d’abeilles depuis une décennie. Le MCPA est un des herbicides les plus utilisés au Québec, il est persistant et souvent retrouvé dans les eaux de la province. Nous avons traité des cellules du cancer du sein et des cellules du cancer de la prostate avec ces pesticides et nous avons vérifié si leur présence perturbait les deux voies de signalisation cellulaire à l’étude. Le récepteur AhR est un facteur de transcription activé par un ligand. Le TCDD, une dioxine, est le meilleur ligand exogène connu à ce jour de ce récepteur. Par contre, ses ligands naturels, des dérivés du tryptophane ou des facteurs de virulence de bactéries, l’activent de façon beaucoup moins forte. Lors de l’activation de la voie AhR, les gènes CYP1A1 et CYP1B1 sont transcrits et codent pour des enzymes du cytochrome P450 qui transforment les ligands en produits plus facilement éliminables. Dans un contexte où de l’œstradiol (E2) est présent dans les cellules, il y a une interaction croisée entre le récepteur à l’œstrogène (ER) et le récepteur AhR, qui fait en sorte que l’expression de CYP1A1 est réprimée. Cela se traduit en un ratio d’enzyme CYP1A1 à CYP1B1 différent qui pourrait augmenter la possibilité d’une accumulation de métabolites génotoxiques. En effet, CYP1B1 hydroxyle le ligand d’AhR mais aussi l’œstradiol en 4-hydroxyœstradiol (4-OHE), dont l’accumulation peut amener des mutations dans l’ADN alors que l’enzyme CYP1A1 l’hydroxyle en 2-hydroxyœstradiol (2-OHE), qui n’as aucun effet néfaste répertorié sur la cellule. Dans les cellules du cancer du sein, le MCPA appliqué en champs induisait fortement l’expression de CYP1B1 comparable à l’échantillon traité au témoin positif (TCDD), alors que CYP1A1 l’était que très légèrement par rapport au témoin non-traité. Au niveau protéique, CYP1A1 n’était qu’exprimée dans le témoin positif (TCDD) et ce, en quantité moindre lorsqu’il y avait présence d’œstradiol. CYP1B1 était fortement exprimée dans l’échantillon de TCDD, ce qui était attendu, mais aussi dans tous les échantillons traités au MCPA de NuFarm. Ces effets ne sont pas notés avec l’ingrédient actif du MCPA. La présence d’un ou plusieurs autres produits ajoutés dans le MCPA de la compagnie NuFarm en combinaison avec l’ingrédient actif pourrait activer la voie de signalisation d’AhR et causer ce débalancement dans l’expression des gènes CYP1A1 et CYP1B1. Nos résultats indiquent que plusieurs concentrations de l’ingrédient actif de l’imidaclopride ne perturbe pas les voies cellulaires d’AhR ni AR, alors que, le MCPA perturbe ces deux voies cellulaires. Par contre, c’est seulement celui produit par la compagnie NuFarm qui est utilisé en champs. Cette formulation appliquée en terrain agricole inclut l’ingrédient actif ainsi que les antigels, les surfactants et les adjuvants qui permettent au produit d’être plus efficace. L’ingrédient actif du MCPA seul n’affectait pas les deux voies. Le récepteur aux androgènes (AR) est aussi un facteur de transcription qui se lie à l’ADN afin de réguler l’expression des gènes et il est particulièrement important pour le développement et le maintien du phénotype masculin. Depuis une vingtaine d’années, des problèmes de baisse de libido et de fertilité s’accentuent dans notre société et semblent être reliés à la baisse de testostérone des hommes (Travison et al. 2007). Cette molécule est d’ailleurs un des deux ligands du récepteur AR, le deuxième étant la 5-dihydrotestostérone (DHT). Le facteur environnemental plutôt que le mode de vie semble être un facteur déterminant dans l’étude qui portait sur ce déclin. Les pesticides ont déjà été soupçonnés pour avoir un potentiel anti-androgénique, mais aucune étude ne fait un lien de causalité direct. Dans le projet de maitrise présenté dans ce document, l’expression des gènes marqueurs PSA (antigène spécifique de la prostate) et PCA3 (antigène du cancer de la prostate) a été quantifiée pour savoir si les pesticides ont un effet perturbateur sur la voie du récepteur AR. Dans les cellules du cancer de la prostate, l’expression de PSA et PCA3 était semblable au non-traité dans l’échantillon traité au MCPA (NuFarm), et ce, même après l’ajout de DHT, qui active l’expression de ces deux gènes. Cette fois-ci, l’ingrédient actif seul faisait en sorte que les deux gènes marqueurs étaient moins exprimés lors de l’ajout de la DHT, par rapport au témoin. Il semblerait que l’ingrédient actif est à la base de ce changement d’expression de nos gènes marqueurs. Donc, le MCPA pourrait avoir un effet anti-androgénique dans les cellules du cancer de la prostate. Donc, le MCPA est un pesticide qui affecte les voies de signalisation cellulaires AhR et AR. Il est particulier de noter que le pesticide appliqué en champ perturbe nettement plus les voies cellulaires. Il sera important de continuer à étudier les effets des pesticides sur l’homme au niveau cellulaire et de comprendre comment ils pourraient contribuer au développement du cancer.

There has been an increase in reports of male reproductive disorders that include male infertility and testicular cancer worldwide. It has been suggested that agents such as xenoestrogens could be responsible. Xenoestrogens are chemical compounds that mimic the action of estrogens by binding to the estrogen receptors (ERs). The response ofa testicular cell line to estrogenic pesticides was examined. The effect of estrogenic pesticides on the growth and protein levels of ERα and ERβ of mouse Sertoli cells was investigated. Pyrethroids are widely used insecticides due to their insecticidal potency and low mammalian toxicity. In this study, the estrogenicity ofpyrethroid chemicals were tested using the yeast estrogen screen (YES) assay. The toxic effects of the pyrethroid compounds cypermethrin, 3-(4-hydroxy-phenoxy)benzyl alcohol (metabolite of permethrin), and the commercial product (Ripcord Plus) were evaluated. The Sertoli cells were exposed to pyrethroids at concentrations of 0.36 nM and 36 µM (cypermethrin and Ripcord Plus), and 0.69 nM and 69 µM (metabolite) for 100 h. The expression of the ERs was analysed through the use of Enzyme Linked ImmunoSorbent Assay (ELISA) experiments. The most toxic pyrethroid was the metabolite, followed by Ripcord Plus then cypermethrin. Overall the exposure of the cells to cypermethrin (36 µM), Ripcord Plus (36 µM) and the metabolite (69 µM) caused a significant decrease (p<0.05) in ERα levels. In the cultures exposed to the metabolite (69 µM), there was also a significant increase in ERβ levels. There appears to be a relation between cell toxicity and an increase in ERβ levels, which supports the theory that ERβ promotes apoptosis. Pyrethroids are rapidly excreted from the body, and it is unknown if there is accumulation in the male testes. Male fertility could be affected through molecular mechanisms involving the ERs, should cells in the male testes be exposed to these pyrethroids at physiologically relevant concentrations.